40-ватов аудио усилвател, използващ tda2040 и транзисторна двойка

Усилвателят на мощност е част от звуковата електроника. Той е проектиран да максимизира големината на мощността на даден входен сигнал. В звуковата електроника операционният усилвател увеличава напрежението на сигнала, но не може да осигури тока, необходим за задвижване на товара. В този урок ще изградим 40W усилвател, използвайки TDA2040 IC усилвател на мощност и два захранващи транзистора с високоговорител с импеданс 4 ома, свързан към него.

Строителна топология на усилвателите

В усилвателна верижна система усилвателят на мощност се използва на последния или последния етап преди натоварването. Обикновено системата за усилвател на звука използва по-долу топология, показана на блок-схемата

Както можете да видите в горната блок-схема, усилвателят на мощност е последният етап, който е директно свързан с товара. Като цяло, преди усилвателя на мощността, сигналът се коригира с помощта на предварителни усилватели и усилватели за управление на напрежението. Също така, в някои случаи, когато е необходим контрол на тона, схемата за управление на тона се добавя преди усилвателя на мощността.

Знайте своя товар

В случай на аудио усилвателна система, натоварването и товароносимостта на усилвателя е важен аспект в конструкцията. Най- голямо натоварване за усилвател на мощност е високоговорител. Изходът на усилвателя на мощност зависи от импеданса на товара, така че свързването на неподходящ товар може да компрометира ефективността на усилвателя на мощност, както и стабилността.

Високоговорителят е огромен товар, който действа като индуктивен и резистивен товар. Усилвателят на мощност осигурява AC изход, поради което импедансът на високоговорителя е критичен фактор за правилния трансфер на мощност.

Импедансът е ефективното съпротивление на електронна схема или компонент за променлив ток, което произтича от комбинираните ефекти, свързани с омично съпротивление и реактивно съпротивление.

В аудио електрониката се предлагат различни видове високоговорители с различна мощност с различен импеданс. Импедансът на високоговорителя може да се разбере най-добре, като се използва връзката между водния поток вътре в тръба. Просто си представете високоговорителя като водопровод, водата, преминаваща през тръбата, е променливият аудио сигнал. Сега, ако тръбата стане с по-голям диаметър, водата лесно ще тече през тръбата, обемът на водата ще бъде по-голям и ако намалим диаметъра, толкова по-малко вода ще тече през тръбата, така че обемът на водата ще бъде нисък. Диаметърът е ефектът, създаден от омичното съпротивление и реактивно съпротивление. Ако тръбата стане по-голяма в диаметър, импедансът ще бъде нисък,така високоговорителят може да получи повече мощност, а усилвателят осигурява повече сценарий за прехвърляне на мощност и ако импедансът стане висок, усилвателят ще осигури по-малко енергия на високоговорителя.

Има различни възможности за избор, както и различни сегменти високоговорители се предлагат на пазара, обикновено с 4 ома, 8 ома, 16 ома и 32 ома, от които 4 и 8 ома високоговорители са широко достъпни на ниски цени. Също така трябва да разберем, че усилвател с 5 вата, 6 вата или 10 вата или дори повече е RMS (корен среден квадрат) мощност, доставяна от усилвателя до определен товар при непрекъсната работа.

Така че, трябва да бъдем внимателни относно рейтинга на високоговорителите, рейтинга на усилвателя, ефективността на високоговорителите и импеданса.

Изграждане на прост 40W усилвател

В предишните ни уроци направихме усилвател от 10 вата, използвайки Op-усилвател и силови транзистори, също конструирахме усилвател от 25 вата, използвайки TDA2040. Но за този урок ще изградим 40W усилвател на мощност, който ще задвижва високоговорител с импеданс от 4 ома. Ще използваме същия TDA2040, който се използва в усилвател на мощност от 25 вата, но за да получим мощност от 40 вата, ще използваме допълнителни силови транзистори.

На горното изображение е показан TDA2040. Той е достъпен в повечето родови онлайн магазини, както и в eBay. Пакетът се нарича „ Pentawatt “ пакет с 5 изходни щифта. Диаграмата на пиновете е доста проста и е налична в листа с данни,

Разделът е свързан към щифт 3 или –Vs (отрицателен източник на захранване). Да не говорим, радиаторът, свързан с раздела, също получава същата връзка.

Ако проверим листа с данни, можем да видим и характеристиките на този IC усилвател на мощност

Характеристиките на IC са доста добри. Той осигурява защита от късо съединение на земята. Също така, термичната защита ще осигури допълнителни функции за безопасност поради състояние на претоварване. Както можем да видим, TDA2040 е способен да осигури 25W мощност при натоварване от 4 ома, ако е свързано разделено захранване с +/- 17V изход. В такъв случай THD (Total Harmonic Distortion) ще бъде 0,5%. В същата конфигурация, ако получим мощност от 30 вата, THD ще стане 10%.

Също така в листа с данни има друга графика, която осигурява връзката между захранващото напрежение и изходната мощност.

Ако видим графиката, можем да постигнем повече от 26Watt изходна мощност, ако използваме разделено захранване с повече от 15V изход.

И така, както вече видяхме, че е възможно да се постигне непрекъсната мощност от 25 вата чрез TDA2040. Но ние искаме да направим 40 ватов усилвател на мощност. И така, тези допълнителни 15 вата, трябва да добавим два силови транзистора NPN и PNP, за да осигурим допълнително усилване и изходна мощност през високоговорителя с 4 ома.

За да постигнем това допълнително усилване на мощността, използвахме двойки транзистори BD712 и BD711 с мощност. И двата транзистора се предлагат в пакет TO-220C.

Диаграмата на щифтовете на BD711 и BD712 е

За перфектна работа без THD компрометирани, ние се нуждаем от захранване 36V, за да постигнем мощност от 40 W Въпреки че тази схема може да се захранва с 15V до 40VDC.

Необходими компоненти

За да изградим веригата, се нуждаем от следните компоненти -

Vero дъска (пунктирана или свързана всеки може да се използва)
Пояло
Тел за запояване
Инструмент за отстраняване на щипки и тел
Кабели
Алуминиев радиатор KS-58
36V Единично захранване
Високоговорител 4 ома 40 вата
4 бр 1.5R резистор 1/2 вата резистори
4бр 100k Resistor 1/4 ^ия Watt
12k резистор
Резистор 1R с мощност от 2 вата
470nF кондензатор
100uF кондензатор
TDA2040
1N4148 Диод два бр
220nF кондензатор
2200uF кондензатор
4.7uF кондензатор
BD711 и BD712 Транзисторна двойка.

Електрическа схема и обяснение

Схемата е 40 ватов аудио усилвател доста проста; TDA2040 усилва сигнала и осигурява 25 W RMS мощност. Допълнително усилване на мощността се извършва с помощта на двойки транзистори BD711 и BD712. Входният кондензатор 470nF е кондензаторът за блокиране на постоянен ток, който ще позволи само преминаването на AC сигнала. Едно основно нещо е единичното захранващо напрежение. Тъй като усилвателят се захранва с едно захранване, входният сигнал трябва да бъде повдигнат над няколко волта, така че усилвателят да може да усили сигнала както в положителен, така и в отрицателен пик. Резисторите R6, R9 и R7, R8 осигуряват отклоняващо напрежение към силовите транзистори и усилвателите на мощност. R10 и C5 са снубер или RC затягаща верига за защита на усилвателя от огромен индуктивен товар на високоговорителя.

Тестване на 40-ватова схема на усилвателя

Използвахме инструменти за симулация на proteus, за да проверим изхода на веригата; измерихме изхода във виртуалния осцилоскоп. Можете да проверите пълното демонстрационно видео, дадено по-долу.

Ние захранваме веригата с помощта на 36VDC и входният синусоидален сигнал е осигурен. Осцилоскопът е свързан през изхода срещу натоварване от 4 ома на канал A (жълт) и входния сигнал, свързан през канал B (син).

Можем да видим разликата в изхода между входния сигнал и усиления изход във видеото: -

Също така проверихме изходната мощност, мощността на усилвателя силно зависи от множество неща, както беше обсъдено по-рано. Силно зависи от импеданса на високоговорителя, ефективността на високоговорителя, ефективността на усилвателя, конструктивните топологии, общите хармонични изкривявания и т.н. Схемата в реалния живот е различна от симулацията, защото са необходими много фактори, за да се вземат предвид при проверка или тестване на изхода.

Изчисляване на мощността на усилвателя

Използвахме проста формула за изчисляване на мощността на усилвателя-

Мощност на усилвателя = V ² / R

Свързахме AC мултиметър през изхода. Променливотоково напрежение, показано в мултиметъра, е пиково до пиково променливо напрежение.

Предоставихме много нискочестотен синусоидален сигнал 200Hz. Както при ниските честоти, усилвателят ще подава повече ток към товара и мултиметърът ще може да открие правилно променливото напрежение.

Мултиметърът показа + 12,5V AC. Така че, съгласно формулата, изходът на усилвателя на мощност при натоварване от 4 ома е

Усилвател Мощност = 12.5 ² /4 усилвател Мощност = 39.06 (40W приблизително)

Неща, които трябва да запомните, докато конструирате 40w усилвател

При изграждането на веригата усилвателят на мощност TDA2040 трябва да бъде свързан правилно с радиатора. По-големият радиатор осигурява по-добър резултат. Също така е добре да използвате кондензатори тип кутия с аудио клас за по-добър резултат.

Винаги е добър избор да използвате PCB за приложение, свързано с аудио. Най-добрият начин за конструиране на печатни платки е чрез позоваване на указанията на производителя на IC.

Направете възможно най-кратки следи от аудио сигнал, за да намалите нежеланото свързване на шума.
Силовите транзистори трябва да бъдат свързани с подходящи радиатори. Може да се използва радиатор от серия KS-58.
Не използвайте нито един голям радиатор и фиксирайте TDA2040, BD711 и BD712. Използвайте отделни радиатори за отделни компоненти, в противен случай ще има условия на късо съединение.
Внимавайте за мощността на високоговорителя, в противен случай високоговорителят може да бъде изгорен, както и повреден.
Не премахвайте скобата или снубер веригата, Това е изключително важно за безопасността на силовите транзистори и усилвателя на мощността.
Не прилагайте голям усилен сигнал в усилвателя, THD ще се увеличи.